冰雪天氣對(duì)高速鐵路軌旁設(shè)備的影響及對(duì)策

滿開泉，丁閃峰，王婷婷

(中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司，蘭州 730000)

1 概述

冰雪天氣對(duì)高速鐵路信號(hào)設(shè)備的影響，最嚴(yán)重的是列車積冰對(duì)軌旁設(shè)備的擊打，不僅影響信號(hào)設(shè)備的正常使用，也成為高速運(yùn)行動(dòng)車組安全運(yùn)行的隱患[1-2]；寶蘭高鐵是打通徐蘭高鐵與蘭新客專的“最后一公里”，于2017年7月開通運(yùn)營(yíng)。第一個(gè)冬天就發(fā)生由于冰塊砸傷應(yīng)答器造成的故障7件，道岔積雪夾冰導(dǎo)致道岔故障3件，道岔內(nèi)接點(diǎn)結(jié)霜導(dǎo)致的故障4件，嚴(yán)重干擾正常的行車秩序。蘭州局集團(tuán)公司針對(duì)問(wèn)題采取一些整治措施，本文總結(jié)整治過(guò)程，并思考工程源頭解決的思路，對(duì)工程設(shè)計(jì)提出一些建議。

2 軌旁設(shè)備防擊打工作的實(shí)踐

王振波等同志的《高寒天氣對(duì)鐵路軌旁設(shè)備的影響及防護(hù)》中總結(jié)了哈大線冰雪對(duì)軌旁設(shè)備的影響，文中談到冰雪對(duì)應(yīng)答器、軌道電路的調(diào)諧單元、扼流變壓器、電纜盒、鋼軌引接線、轉(zhuǎn)轍機(jī)等設(shè)備都有不同程度的影響。而西北地區(qū)冰雪影響主要集中在應(yīng)答器（特別是有源應(yīng)答器）和區(qū)間軌道電路的補(bǔ)償電容上，列車落冰的部位集中在道心部位。而鋼軌外側(cè)設(shè)備受打擊的概率要低一些，從寶蘭客專2017年、2018年、2019年3年數(shù)據(jù)分析，未見鋼軌兩旁設(shè)備受擊打。

2.1 應(yīng)答器的防護(hù)

應(yīng)答器損壞情況主要分為2種：一是應(yīng)答器本身在遭遇雪塊擊打后損壞。二是應(yīng)答器尾纜被冰雪擊打損傷。蘭州局集團(tuán)公司沒(méi)有采取哈大線降低應(yīng)答器高度的方法，主要采取防的辦法：一是為應(yīng)答器加裝防護(hù)裝置；二是改進(jìn)應(yīng)答器底座，增加尾纜防護(hù)功能。

2.1.1 應(yīng)答器防護(hù)方案

為應(yīng)答器安裝的防護(hù)裝置，實(shí)質(zhì)是一個(gè)多層疊放的三角板，一個(gè)角正對(duì)列車來(lái)臨的方向，利用三角形邊將迎面而來(lái)的列車落冰導(dǎo)向兩側(cè)，起到防護(hù)應(yīng)答器的目的。防護(hù)擋塊的高度大于應(yīng)答器的高度，用上下貫通的螺栓將防護(hù)擋塊固定在道床上，距應(yīng)答器18 cm時(shí)效果好，如圖1所示。

應(yīng)答器前安裝防護(hù)擋塊，意在防護(hù)順列車方向滑來(lái)的冰塊，并不能防護(hù)直擊冰塊。同時(shí)，受防護(hù)擋塊導(dǎo)引冰塊在撞擊鋼軌后，碎屑仍會(huì)對(duì)應(yīng)答器及尾纜造成一定的傷害，但已大大降低了應(yīng)答器受冰雪擊打的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 應(yīng)答器防護(hù)示意圖Fig.1 Schematic diagram of balise protection

蘭州局集團(tuán)公司在寶蘭客專應(yīng)答器防落冰擊打?qū)嵺`中，在有源應(yīng)答器的前方均安裝了防護(hù)裝置。鑒于成本、擊打概率、施工難度考慮，未對(duì)無(wú)源應(yīng)答器加裝防護(hù)擋塊。無(wú)源應(yīng)答器雖耐砸，運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中也確實(shí)少見無(wú)源應(yīng)答器被砸的案例，但綜合應(yīng)答器與防護(hù)擋塊成本比，在工程建設(shè)期一次加裝也是合算的。

2.1.2 有源應(yīng)答器尾纜防護(hù)

有源應(yīng)答器另一種損壞形式是尾纜被落冰擊打損傷，也有案例是落冰擊中應(yīng)答器尾纜后將應(yīng)答器接口打壞。由于在寒冷天氣下尾纜會(huì)變硬變脆，尤其是硬連接部位在受到冰雪擊打后更容易損壞，造成應(yīng)答器無(wú)法通信，導(dǎo)致設(shè)備故障。

防護(hù)的方法是改進(jìn)應(yīng)答器底座，加長(zhǎng)、加高尾纜端的底座，為尾纜增加一層防護(hù)屏障，如圖2所示。通過(guò)改進(jìn)應(yīng)答器的底座，使得尾纜也有了相應(yīng)的保護(hù)，大大降低了應(yīng)答器被落冰擊打損壞的概率。

圖2 改進(jìn)后的應(yīng)答器底座Fig.2 Improved balise base

事實(shí)上，有源應(yīng)答器安裝方式對(duì)其尾纜抗列車落冰有重要影響。高速鐵路應(yīng)答器的安裝規(guī)范[3]：1）應(yīng)答器應(yīng)安裝在兩鋼軌的中心位置，可以橫向、縱向安裝；2）列車最高運(yùn)行速度大于350 km/h時(shí)，宜采用縱向安裝方式。如圖3、4所示。

橫向安裝加大了應(yīng)答器被擊打的面積，且暴露應(yīng)答器的尾纜，增加尾纜被擊打的可能。而采用縱向安裝時(shí)被擊打的概率會(huì)有所減少，所以建議250 km/h的線路也采用縱向安裝方式。

2.2 區(qū)間軌道電路補(bǔ)償電容的防護(hù)

圖3 縱向安裝Fig.3 Vertical installation

圖4 橫向安裝Fig.4 Horizontal installation

相對(duì)于應(yīng)答器而言，區(qū)間軌道電路補(bǔ)償電容受列車落冰擊打防護(hù)難度更大些[4-5]，落冰借動(dòng)車高速動(dòng)能在鋼軌間道床上高速運(yùn)行，極具破壞力。中心安裝方式會(huì)將電容及導(dǎo)線打斷，側(cè)裝式則會(huì)砸斷引線。

側(cè)裝式電容主要砸傷引接線，現(xiàn)場(chǎng)多采用側(cè)裝加PE管保護(hù)的方式，如圖5所示。但效果不好，落冰可直接砸壞PE管進(jìn)而打傷內(nèi)部線纜，如圖6所示是被列車落冰砸傷的補(bǔ)償電容引線及其保護(hù)管。曾考慮過(guò)用鋼管替代PE管，但怕鋼管固定不良會(huì)對(duì)動(dòng)車安全造成致命危險(xiǎn)，不敢試驗(yàn)—事實(shí)上，現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)固定保護(hù)管的化學(xué)錨栓受落冰砸脫的案例，所以還得另想辦法。

圖5 用PE管保護(hù)的補(bǔ)償電容引線Fig.5 Compensation capacitor leads protected with PE tubes

圖6 被落冰砸傷的補(bǔ)償電容引線及保護(hù)管Fig.6 Compensation capacitor leads and protective tubes damaged by falling ice

讓信號(hào)工苦惱的是，區(qū)間軌道電路補(bǔ)償電容量太大，雖不一定會(huì)立即造成紅光帶影響運(yùn)輸，但影響軌道電路傳輸特性，又無(wú)可靠的測(cè)試手段，只能靠信號(hào)工走區(qū)間一步步檢查，排查工作量大，所以冰雪天氣后的夜間“天窗”，必定是信號(hào)工痛苦的一夜。另外頻繁地補(bǔ)、拆防護(hù)管工作，也使得錨定螺栓松動(dòng)，進(jìn)而增加異物被高速動(dòng)車吸入概率，增大動(dòng)客車安全風(fēng)險(xiǎn)。這一點(diǎn)在寶蘭客專中已有所反應(yīng)。

預(yù)留孔道暗裝也許是根本的解決辦法。隨之而來(lái)的問(wèn)題是需要在整體道床上預(yù)留孔道，這又是另一個(gè)難題，且不說(shuō)工務(wù)專業(yè)施工時(shí)信號(hào)圖還需設(shè)計(jì)，即便信號(hào)專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)也不能一次準(zhǔn)確確定出補(bǔ)償電容的位置。

BIM技術(shù)的出現(xiàn)為解決工務(wù)與信號(hào)專業(yè)的協(xié)調(diào)提供了契機(jī)，利用BIM技術(shù)對(duì)各專業(yè)接口進(jìn)行仿真，或許能提高各專業(yè)間協(xié)調(diào)的可行性[6-8]。另一條路線是整體道床施工時(shí)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)間距的孔道，由信號(hào)專業(yè)就孔道位置設(shè)計(jì)補(bǔ)償電容。

不管怎么說(shuō)，辦法總比困難多，希望設(shè)計(jì)部門能研究并進(jìn)行嘗試。

2.3 冰雪天氣下列車限速運(yùn)行及監(jiān)測(cè)建議

冰雪天氣下，合理的降速運(yùn)營(yíng)可減小列車積冰脫落對(duì)信號(hào)軌道設(shè)備的傷害。因高鐵運(yùn)營(yíng)組織特點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)調(diào)整彈性小，局部的設(shè)備故障往往會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)。另一方面，信號(hào)設(shè)備故障處理時(shí)間長(zhǎng)，特別是區(qū)間的設(shè)備故障延時(shí)會(huì)更長(zhǎng)，而列車落冰砸壞信號(hào)設(shè)備又往往是大面積的，影響就更為嚴(yán)重。所以，有計(jì)劃地降速運(yùn)營(yíng)，從整體上反會(huì)減小因信號(hào)故障給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的干擾。

需要說(shuō)明的是，在實(shí)際執(zhí)行中，降速申請(qǐng)、達(dá)速恢復(fù)對(duì)電務(wù)部門領(lǐng)導(dǎo)的壓力是巨大的。一方面是電務(wù)部門對(duì)動(dòng)車積冰狀態(tài)不掌握，基本是靠經(jīng)驗(yàn)；另一方面，列車落冰的規(guī)律性掌握也不足。限早了，影響運(yùn)輸效率。限晚了，砸壞設(shè)備。

事實(shí)上，列車落冰還真不一定是管內(nèi)雪天。一是，鄰局下雪造成列車積冰，也會(huì)造成本區(qū)段落冰，從寒冷區(qū)段向相對(duì)溫暖區(qū)段過(guò)渡時(shí)尤為明顯。比如，西安局管內(nèi)下雪，列車積冰進(jìn)入蘭州局管內(nèi)后落冰，電務(wù)部門是說(shuō)不清楚的。二是，同是下雪天，不同車型落冰也不一樣，比如，CRH2C型動(dòng)車因車體在車廂連接部位未裝防護(hù)板，無(wú)防護(hù)板部位易積冰。蘭州局集團(tuán)公司電務(wù)部門曾協(xié)調(diào)車輛部門，對(duì)動(dòng)車組車底涂蠟、涂油以期減少列車積冰，但效果不明顯。三是，列車落冰還與氣溫、環(huán)境有關(guān)。比如，剛?cè)攵虺醮?，冰雪天列車落冰就明顯些。再比如，寶蘭客專上行線洪亮營(yíng)隧道口，就特別容易落冰砸壞設(shè)備，分析原因，是隧道內(nèi)較為溫暖，動(dòng)車積冰在隧道內(nèi)消融松動(dòng)，導(dǎo)致出洞時(shí)墜落。

其實(shí)在固定站設(shè)置除冰站是解決此問(wèn)題的最根本的方法，不能設(shè)置時(shí)在區(qū)段站或關(guān)鍵地點(diǎn)設(shè)計(jì)視頻監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)車體積冰，及時(shí)發(fā)現(xiàn)列車積冰，對(duì)運(yùn)營(yíng)部門及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施是經(jīng)濟(jì)的手段，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以研究。

3 結(jié)束語(yǔ)

1）為應(yīng)答器增加防護(hù)裝置能改善應(yīng)答器的工作環(huán)境，有效降低列車落冰對(duì)應(yīng)答器的擊打概率，建議北方地區(qū)將高鐵應(yīng)答器增加防護(hù)裝置納入信號(hào)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，考慮性價(jià)比，有源與無(wú)源應(yīng)答器均設(shè)計(jì)防護(hù)裝置。

2）有源應(yīng)答器的安裝，建議不區(qū)分250 km/h還是350 km/h，一律改為縱向安裝，以減少列車積冰脫落對(duì)應(yīng)答器的損傷概率。

3）區(qū)間軌道電路補(bǔ)償電容用加裝PE保護(hù)管進(jìn)行防護(hù)的措施，效果不明顯，為側(cè)裝式補(bǔ)償電容預(yù)留孔道可從根本上解決列車落冰對(duì)其傷害。這要求設(shè)計(jì)部門進(jìn)行研究，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)工務(wù)專業(yè)與電務(wù)專業(yè)充分結(jié)合。是工務(wù)專業(yè)為補(bǔ)償電容預(yù)留孔道，還是工務(wù)專業(yè)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)孔道由信號(hào)專業(yè)“削足適履”，需要設(shè)計(jì)部門進(jìn)一步研究、嘗試。

4）冰雪天氣下合理的降速運(yùn)行能減少列車落冰對(duì)信號(hào)設(shè)備的傷害，運(yùn)輸部門應(yīng)給予理解。同時(shí)，在區(qū)段站設(shè)計(jì)監(jiān)控裝置監(jiān)測(cè)車體積冰，及時(shí)發(fā)現(xiàn)列車積冰對(duì)運(yùn)營(yíng)部門及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施是經(jīng)濟(jì)的手段，應(yīng)在設(shè)計(jì)中加以研究。